Szivattyú, mozgó alkatrész nélkül

Több mint két évtizede már, hogy a légnemű illetve cseppfolyós anyagok pontos adagolására mikropumpákat vetnek be.  Gázkromatográfiában, vagy harcigázok felkutatásához sok apró méretű pumpát alkalmaznak, a legtöbbjüket mozgó alkatrészekkel. Éppen ez állt már régóta a miniatürizálás útjába, hiszen a relatív súrlódási erő az alkatrészek kicsinyítésével nőtt, akárcsak a felületek térfogathoz viszonyított nagysága. Naveen Gupta és Yogesh Gianchandani a Michigeni Egyetem munkatársai egy olyan szivattyúmegoldást publikáltak, mely huszárvágással oldja meg ezt a problémát, hiszen a mozgó alkatrészeket teljesen elhagyták.

A tudósok a természetben is előforduló zeolitok csoportjába tartozó klinoptilolitot használták fel munkájuk során, melynek érdekessége, hogy pórusai egy 0,45 nm vastagságú nanojáratokból álló, sűrű hálót alkotnak.

A prototípusba két tárcsát applikáltak ebből az ásványból egy fűtőtest szerepét ellátó ellenállás-fűtésű fólia két oldalára majd ezeket termikusan szigetelt PVC burokba helyezték. A parányi berendezés a Knudsen-Pumpa elven működik: az áramlást az ásvány pórusaiban az a jelenség hozza létre, hogy a molekulák az alacsonyabb hőmérséklet felől a melegebb felé igyekeznek.

A szendvicsszerűen felépített pumpa
(physorg.com)

A Klinoptilolit pórusinak átmérője jóval kisebb, mint természetes körülmények között a molekulák  egymással való ütközésének közepes útja, így a gázmolekulák a cső falával sokkal többször érintkeznek, mint egymással. Ez kulcsfontosságú, hiszen így a pórusok falának hőállapota jobban befolyásolja az áramlást, mint a molekulák közötti hőmérséklet különbségek.

A parányi szivattyú prototípusa a fűtőfelületére vetített 300 mW/cm² fajlagos energiaszükséglete mellett 6,6 • 10^–3 cm³/(min•cm²) pumpálási teljesítményt ért el.

(Physik Journal, Januar 2009, 13 O.)

Ivicsics Miklós